مدل های مداری مرسوم برقگیرهای اکسید فلزی

مدلسازی مناسب برقگیرهای اکسید فلزی و تعیین پارامترهای مدار معادل مسائل قابل توجهی هستند، که رفتار دینامیکی برقگیرها را بهبود می بخشد. انتخاب مناسب مدل مداری و پارامترها، نقش مهمی را در شبیه سازی مربوط به هماهنگی عایقی ایفا می کند، به این دلیل که ولتاژ خروجی برقگیرها متفاوت است و به مدل مداری مورد استفاده و انتخاب پارامترهای آن بستگی دارد.

در این مقاله مدل های مداری مرسوم برقگیرهای اکسید فلزی بیان و تشریح شده است. دقت گردد که مدل های ارائه شده در این مقاله مدل های معروف نیستند و این مدل های معروف را در مقاله بعدی معرفی خواهم کرد.

مدل مقاومت معمولی یا مدل مقاومت غیر خطی

یک مقاومت غیر خطی هنگامی که در حوزه غیر خطی عمل می کند، همان ولتاژ و شکل فعلی را نخواهد داشت. مدل برقگیر جالب موجود در برنامه EMTP ، یک دستگاه مقاومتی غیر خطی نمایی مطابق شکل زیر است.

نوع 92 در نرم افزار ATPdraw از هر محدودیت و یا کمبود جدی، به نظر آزاد می رسد. در این مدل، مشخصه ولتاژ-جریان می تواند توسط تعداد دلخواه از بخش های نمایی ارائه شود، که در آن هر یک از بخش های معادله، محدودیت های تعریف شده ایی به صورت معادله زیر را دارند.

در این معادله i و vبه ترتیب جریان برقگیر و ولتاژ آن هستند.p و q و Vref ثابت های دستگاه هستند. توجه داشته باشید که Vref ، ولتاژ مرجع است که معادله را عادی می کند (نرمال سازی می کند) و از سرریز عددی در توان معادله جلوگیری می کند. ثابت های p و q ، پارامترهای منحصر به فرد دستگاه هستند.

مدل ارائه شده توسط تامینگا و همکاران

تامینگا و همکاران، یک مدل ساده را مطابق شکل زیر که شامل ویژگی های پویا شبیه به اثر پسماند، از طریق اندوکتانس القائی سری L است، پیشنهاد کرده اند که مقدار آن را می توان یک بار در جریان برقگیر که تقریبا شناخته شده است، تخمین زد.

این رویکرد برخی از ویژگی های خاص برقگیر را دارد. زیرا ولتاژ از سراسر اندوکتانس می گذرد، و از این رو از سراسر برقگیر نیز عبور می کند. پس هنگامی که زمان رسیدن به پیک جریان کاهش می یابد، ولتاژ برقگیر افزایش پیدا می کند. این مدل، در تطبیق نتیجه آزمایشات خاص، موفق عمل می کند. برای مثال، یک اندوکتانس می تواند برای مدل هایی انتخاب شود که یک تطابق منطقی خوب از ولتاژ و شکل موج را برای جریان تخلیه برقگیر که به 8 میکرو ثانیه رسیده است ارائه دهد. با این حال، زمانی که همان اندوکتانس و دیگر پارامترهای مدل برای جریان تخلیه برقگیر که زمان اوج خود را به 1 میکرو ثانیه رسانده اند مورد استفاده قرار گیرد، مقدار ولتاژ خطا، یک مقدار قابل توجهی می گردد. پارامترهای مختلف می تواند برای مدل هایی انتخاب شود که نتایج خوبی را می تواند برای ولتاژ مربوط به جریان برقگیر با زمان اوج 1 میکرو ثانیه به دست آورد. با این حال، اگر زمان اوج جریان از 1 میکرو ثانیه بسیار متفاوت بود، ولتاژ حاصله اشتباه خواهد بود.

مدل ارائه شده توسط کیمی و همکاران

مدل اندوکتانس غیر خطی یک برقگیر اکسید فلزی پیشنهاد شده توسط Kimi، در شکل زیر نشان داده شده است. از یک اندوکتانس غیر خطی در سری با یک مقاومت غیر خطی تشکیل شده است.

همانطور که توسط نویسندگان ذکر شده، این مدل یک مشخصه پاسخ خوب را برای محاسبه موج ضربه جلوئی ارائه می کند. این مدل به یک برنامه کامپیوتری برای محاسبه مشخصه اندوکتانس غیر خطی نیاز دارد و به تعداد نسبتا بزرگی از نقاط ولتاژ-جریان نیاز دارد که معمولا در برگه های دیتای تولید کنندگان پیدا نمی شود.

مدل پیشنهاد شده توسط اشمیت و همکاران

بر اساس نتایج تجربی خود نویسنده، بلوک مدل برقگیر توسعه داده شده است. این مدل در شکل زیر نشان داده شده است.

همانطور که قبلا نیز ذکر شد، این مدار قادر به توصیف پدیده های مشاهده شده است. به نوبه خود عنصر Aدر مدار معادل از نتایج حاصل از اندازه گیری ها با مدار RLC ، بدست آمده است. پارامترهای دیگر از اندازه گیری های مستقل و یا از نتایج گزارش شده در منابع مورد بررسی قرار گرفته اند. عناصر R وL به دانه اکسید روی نسبت داده شده اند، در حالی که عناصر دیگر مربوط به مرز دانه هستند. مقاومت غیر خطی متشکل از اثر غیر خطی در مرز دانه و مقاومت خطی اثر دانه اکسید روی است. عنصر Aبرای توزیع بار پویا در مرز دانه حساب خواهد شد. این مدل تابعی از ولتاژ و نرخ افزایش ولتاژ است و زمان T ثابت برای رسیدن به تعادل الکترون و حفره در مرز دانه می باشد. همچنین یک اندوکتانس µH/m 1 در نظر گرفته شده است. معمولا شبیه سازی این مدار معادل در تناسب بسیار عالی برای آزمایش با وجود استفاده از اطلاعات دیگر محققان برای تعیین اجزای مدل، نتیجه می دهد. به دلیل این که باید در هنگام استفاده از آثار دیگر برای رسیدن به شبیه سازی دقیق، نکاتی مورد توجه قرار گیرد.

مدل ارائه شده توسط حداد و همکاران

مدار معادل پیشنهادی این گروه در شکل زیر نشان داده شده است. شامل دو بخش مجموعه است، یکی برای نشان دادن مقاومت دانه های اکسید روی (Rgrain) و اندوکتانس (Lbody) با توجه به اندازه فیزیکی بدنه برقگیر است و دیگری شبکه موازی برای نشان دادن خواص لایه های دانه می باشد. یک شاخه از شبکه، جریان تخلیه دامنه بالا را حمل می کند، به طوری که شاخه اول، مقاومت غیرخطیR1g با مقدار بالا و اندوکتانس کم ارزش Lc1 را دارد. شاخه دوم، مقاومت خطی Rc و اندوکتانس با مقدار بالاتر Lc2 را دارد. یک عنصر خازنی C1g به نمایندگی از ظرفیت خازنی مقاومت موازی برقگیر در شبکه معادل گنجانده شده است.

مجددا یادآور می شوم که مدار معادل هایی که تا اینجا مورد بررسی قرار گرفتند را اصطلاحا مدار معادل های مرسوم برقگیر های اکسید فلزی می گویند.